高速公路隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

李冠

（廣東廣佛肇高速公路有限公司，廣東 肇慶 526000）

近年來，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)提速，特長公路隧道及隧道群的數(shù)量不斷增加，如何預(yù)防火災(zāi)成為當(dāng)前隧道防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究的重點(diǎn)方向之一，也是公路隧道運(yùn)營管理單位亟需解決的重大課題。

一、現(xiàn)狀與需求分析

（一）現(xiàn)狀

目前高速公路火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要產(chǎn)品的檢測(cè)手段都是圍繞國標(biāo)要求的“固定火盆0.4m2的汽油火在30s內(nèi)報(bào)警”這一原則研發(fā)的，這些產(chǎn)品往往不具備火災(zāi)早期偵測(cè)和移動(dòng)火源探測(cè)的功能，無法滿足隧道安全運(yùn)營工作的實(shí)際需求。

圖1 公路隧道火災(zāi)成因

分布式光纖線型感溫火災(zāi)探測(cè)器和光纖光柵線型感溫火災(zāi)探測(cè)器靠安裝在隧道頂部的傳感設(shè)備進(jìn)行火災(zāi)檢測(cè)，由于距離檢測(cè)源遠(yuǎn)，反應(yīng)時(shí)間較長，只適用于小空間火災(zāi)檢測(cè)。而且產(chǎn)品本身的靈敏度和報(bào)警闕值調(diào)整較為困難，闕值過高容易誤報(bào)火情，闕值過低則容易漏報(bào)火情。

雙波段的紅外火焰探測(cè)技術(shù)通過捕捉火焰在燃燒中的變化情況，并結(jié)合不同波長所采用的不同檢測(cè)值的檢測(cè)元件判定火情。在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)火情的條件下，一般探測(cè)距離不能超過50m，穩(wěn)定可靠的探測(cè)距離在25m～30m，響應(yīng)時(shí)間為30s。需要在明火燃燒的情況下檢測(cè)，車輛移動(dòng)時(shí)無法檢測(cè)火情。

多數(shù)圖像探測(cè)器產(chǎn)品均采用了可見光和近紅外光兩種波段同時(shí)偵測(cè)的方式，其原理是隧道內(nèi)人工光源多在可見光范圍內(nèi)，采用兩種波段結(jié)合的方式開展檢測(cè)工作，能夠提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性。實(shí)際應(yīng)用中，圖像型火災(zāi)探測(cè)器的高誤報(bào)率仍然是影響其應(yīng)用的主要問題，盡管采取了多波段結(jié)合的方式，但仍不能完全排除干擾源，尤其是汽車尾燈的影響和隧道洞口自然光線的干擾。

綜上所述，當(dāng)前常用的隧道火災(zāi)探測(cè)設(shè)備更多是基于明火固定感應(yīng)檢測(cè)報(bào)警，可靠性相對(duì)較差，容易受環(huán)境因素影響造成誤報(bào)；各類消防系統(tǒng)各自獨(dú)立，缺乏有效聯(lián)動(dòng)，難以對(duì)火災(zāi)做出及時(shí)有效的應(yīng)對(duì)。目前，亟需研發(fā)一種集火災(zāi)預(yù)警預(yù)測(cè)與火情管控等功能于一體的高速公路隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步提升隧道的安全系數(shù)。

（二）總體需求

與一般路基工程、橋梁工程相比，高速公路隧道配套設(shè)施復(fù)雜，而且環(huán)境較為封閉，逃生救援相對(duì)困難，因此運(yùn)營管理要求更高、更復(fù)雜。眾所周知，在火災(zāi)初始階段，熱釋放速率是逐漸增長的，會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)增長到最大值，如果不能在極早期階段將火災(zāi)撲滅，容易釀成重大火災(zāi)事故。本文梳理了隧道運(yùn)營管理單位對(duì)隧道火災(zāi)安全管控的主要需求：

1.隧道火災(zāi)事件的早期發(fā)現(xiàn)偵測(cè)

需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定火災(zāi)的位置和區(qū)域，為管理部門提供足夠的時(shí)間和信息。公路隧道一般地處偏遠(yuǎn)，工作人員無法在極短的時(shí)間內(nèi)趕赴現(xiàn)場(chǎng)。此外，隧道內(nèi)氣流速度較快，以往的火災(zāi)探測(cè)方法難以克服這種困難。

2.可探測(cè)公路隧道所有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)事件

現(xiàn)有規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)僅考慮了有限的火災(zāi)場(chǎng)景，而公路隧道火災(zāi)發(fā)生發(fā)展的過程遠(yuǎn)比規(guī)范描述的復(fù)雜。

3.隧道消防系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用

目前應(yīng)用的火災(zāi)探測(cè)器系統(tǒng)，各探測(cè)器均獨(dú)立開展工作，既沒有系統(tǒng)探測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用分析，也無法對(duì)火災(zāi)報(bào)警（無論是真實(shí)還是誤報(bào)）進(jìn)行追溯。

二、多光譜火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）多光譜火災(zāi)探測(cè)器的原理

多光譜火災(zāi)探測(cè)器的核心部件是3個(gè)具有不同波長的紅外傳感器，其中一個(gè)主要檢測(cè)火焰信息的中心波長，另外兩個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)視所處環(huán)境中的其他紅外輻射，通過高性能微處理器與算法模型能更精準(zhǔn)、更快速地識(shí)別各種火災(zāi)。目前，多光譜火災(zāi)探測(cè)器對(duì)熱輻射的感應(yīng)精度可達(dá)40m，探測(cè)距離（有效）達(dá)100m，響應(yīng)時(shí)間為10ms。基于紅外焦平面?zhèn)鞲衅骷夹g(shù)，可實(shí)現(xiàn)快速遠(yuǎn)距的早期火災(zāi)偵測(cè)。

（二）隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)

隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)解決方案基于0.7um～14um的多光譜探測(cè)響應(yīng)，能夠?qū)馂?zāi)發(fā)生發(fā)展過程中產(chǎn)生的輻射、亮度等參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道火災(zāi)的極早期探測(cè)，大大提高了隧道火災(zāi)探測(cè)的響應(yīng)速度和維護(hù)使用的便捷性。

1.響應(yīng)時(shí)間

多光譜平面?zhèn)鞲衅鲗?duì)熱輻射的感應(yīng)和響應(yīng)時(shí)間在10ms內(nèi)，能夠在1s內(nèi)感知標(biāo)準(zhǔn)條件下的火災(zāi)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.干擾分析

對(duì)于光源干擾，隧道內(nèi)主要以LED光源為主。輻射能量低，對(duì)隧道環(huán)境產(chǎn)生的干擾很小。

3.考慮隧道內(nèi)的移動(dòng)火情

高速公路隧道內(nèi)限速80km/h，如車輛發(fā)生自燃時(shí)仍在行駛，此時(shí)車輛的行駛速度約為23m/s。由于多光譜平面?zhèn)鞲衅鲗?duì)熱輻射的感應(yīng)和響應(yīng)時(shí)間在10ms內(nèi)，對(duì)隧道內(nèi)火情的探測(cè)時(shí)間不超過1s，3次探測(cè)完畢，車輛的行駛距離不超過70m。因此，當(dāng)車輛在火災(zāi)探測(cè)器保護(hù)范圍內(nèi)行駛時(shí)，火災(zāi)探測(cè)器已經(jīng)完成正常的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)。

圖2 隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)示意

圖3 隧道三維展示與綜合報(bào)警平臺(tái)界面

4.系統(tǒng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

在實(shí)際應(yīng)用中，多光譜探測(cè)器具有豐富的數(shù)據(jù)接口?？赏ㄟ^網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心服務(wù)器。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)任何異常情況的追溯，大大提高了公路隧道運(yùn)營的安全性。

（三）隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)軟件功能

隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)軟件主要提供現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)探測(cè)器數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析、火場(chǎng)高清視頻聯(lián)動(dòng)監(jiān)控、火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案執(zhí)行、火災(zāi)數(shù)據(jù)報(bào)表分析等功能。

隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)采用三維建模方式打造核心用戶界面，能夠精準(zhǔn)顯示每個(gè)隧道火情探測(cè)器的安裝位置、設(shè)備信息、報(bào)警信息及其他相關(guān)設(shè)備信息等；可以采集、分析、顯示、控制每個(gè)前端設(shè)備的工作數(shù)據(jù)及狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)聯(lián)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)高清攝像機(jī)視頻，無縫連接大屏顯示系統(tǒng)，集中顯示隧道現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及視頻畫面。

三、結(jié)語

綜上所述，采用高速公路隧道專用多光譜移動(dòng)火情檢測(cè)系統(tǒng)有助于盡早發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，快速處置險(xiǎn)情。本文的研究內(nèi)容能為特長高速公路隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型提供有效的解決思路。